非標(biāo)準(zhǔn)件耐磨襯板材料應(yīng)用分析

李 多

（1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北唐山 063000；2.河北省煤炭洗選技術(shù)創(chuàng)新中心，河北唐山 063000）

0 引言

大型選煤裝備對非標(biāo)件的強(qiáng)度、剛度、耐磨性及安全性要求越來越高[1]。各類溜槽、漏斗等輸送、中轉(zhuǎn)、存儲物料的非標(biāo)件受物料磨損、侵蝕十分嚴(yán)重，尤其是直接受物料沖擊部位的磨損速度最為劇烈。若不采取措施，任由物料對其進(jìn)行自然磨損，基體將很快被磨蝕耗盡，造成全線停產(chǎn)[2]。安裝耐磨襯板材料可以有效延緩磨損速度，但是不同襯板的性能、成本差異很大，需要對非標(biāo)件中耐磨襯板材料的選用進(jìn)行對比論證，綜合權(quán)衡性能、成本、需求等方面，確定合適耐磨的襯板材料，在工程設(shè)計階段優(yōu)化非標(biāo)件的性能及使用壽命。

1 耐磨襯板材料介紹

1.1 錳鋼板（Q345）

錳鋼板是目前選煤工程設(shè)計中常用的耐磨襯板，其價格與普通碳鋼相差不多，但是其耐磨性能比普通鋼板高，莫氏硬度6～7 級，抗砸性能比普通鋼板好很多。對于溜槽直接受砸的部位，如塊矸倉內(nèi)的抗砸格柵、塊煤、螺旋溜槽出口的耐磨格柵等，使用錳鋼板作為耐磨材料，可以以較低的成本獲得較好的抗砸效果[3]。但是錳鋼板的摩擦因數(shù)較大，硬度相對其他耐磨襯板材料較低，所以使用周期較短。

錳鋼板易加工、材料更換方便，可以采用螺栓連接與基板固定，或者直接采用焊接的方式與基板固定，焊接的方式可以是四周滿焊，也可以是四周斷焊和中間塞焊相結(jié)合。目前有些選煤工程直接采用錳鋼板作為基板材料進(jìn)行非標(biāo)件設(shè)計。

1.2 耐磨橡膠

耐磨橡膠具有低能耗、高耐磨、耐沖擊、耐腐蝕、低噪聲的特點[4]。耐磨橡膠的彈性好，在承受沖擊時會變形，減小受力。對于軟物料，橡膠襯板壽命比錳鋼襯板高2～3 倍。另外，由于耐磨橡膠具有良好的吸振性能，因此其降噪效果很好。但耐磨橡膠襯板有兩個明顯不足：①耐溫性差，一般只適用于低溫和常溫下的場合，不適用于高溫環(huán)境；②容易老化，在使用過程中橡膠材料容易因氧化、紫外線照射等原因發(fā)生老化，降低其使用壽命。

耐磨橡膠使用周期長、便于安裝，可采用螺栓連接與基板固定。橡膠襯板較薄、重量輕，同規(guī)格的橡膠襯板的重量僅是錳鋼襯板重量的1/5～1/6，拆裝方便，同時能夠降低工作人員的勞動強(qiáng)度和安裝風(fēng)險，縮短制造安裝及維修時間。

1.3 鑄石板

鑄石具有耐腐蝕、耐磨性能、硬度高、強(qiáng)度高等特點，除了30 ℃以上的熱磷酸、酸及溶堿外，幾乎對所有的無機(jī)酸、有機(jī)酸、堿類、鹽類、水及溶劑等都有良好的抗蝕能力。其耐磨性比錳鋼襯板高5～10 倍，莫氏硬度7～8 級。在高溫、酸堿等條件下工作的非標(biāo)件，使用鑄石板作為襯板材料，可以大大提高其使用壽命。但鑄石板韌性、抗沖擊性較差，切削加工困難，受粘貼效果影響很大。

鑄石板采用專用耐磨膠與基板固定，需要先將基板表面清理的光滑整潔，然后采用專用耐磨膠將鑄石板與基板粘貼固定。工程應(yīng)用中可在基板上用扁鋼焊接方格板，將鑄石板放入方格板內(nèi)粘貼，從而減少鑄石板脫落的概率（圖1）。

圖1 方格板內(nèi)貼鑄石板

1.4 氧化鋁耐磨陶瓷

氧化鋁陶瓷是一種以氧化鋁（Al2O3）為主體的陶瓷材料，因為其優(yōu)越的性能，應(yīng)用越來越廣泛。氧化鋁耐磨陶瓷硬度高、耐磨性強(qiáng)、密度小、性價比高，莫氏硬度在9 級以上。但是其耐沖擊性差、脆性大，強(qiáng)沖擊下容易碎裂脫落，并且極難加工，施工時只能用金剛石鋸進(jìn)行切割。

氧化鋁耐磨陶瓷的安裝方式與鑄石板相似，采用專用耐磨膠與基板固定，需要先將基板表面清理的光滑整潔，然后采用專用耐磨膠將氧化鋁陶瓷與基板固定。工程應(yīng)用中可在基板上焊接方格板，將氧化鋁陶瓷耐磨板放入方格板內(nèi)粘貼，從而減少耐磨陶瓷脫落的概率（圖2）。

圖2 氧化鋁耐磨陶瓷的固定與安裝

1.5 不銹鋼板

不銹鋼有良好的機(jī)械性能，具有高強(qiáng)度、硬度和韌性，耐腐蝕、耐高溫、抗拉強(qiáng)度高的特點，其莫氏硬度在6 級左右。不銹鋼常用于設(shè)備有防銹、防腐蝕、防磁化等需求的部位。不銹鋼的摩擦因數(shù)低，相對于普通鋼板對物料的流動有增滑的效果。但是不銹鋼板的焊接性能差，需要專用焊接條焊接，并且價格偏高，因此選煤工程設(shè)計中對不銹鋼板的應(yīng)用要有選擇性。

不銹鋼的安裝方式與錳鋼板的安裝方式相似，可以用螺栓連接，也可以在需要的部位直接使用不銹鋼板作為基板。

1.6 NM400（NM500、NM600）耐磨鋼板

NM400（NM500、NM600）為高強(qiáng)度耐磨鋼板。耐磨系列鋼板中，NM 分別為耐磨的首字母，數(shù)字（400、500、600）表示平均布氏硬度（HB）的值。耐磨系列鋼板自身強(qiáng)度高、合金含量低、耐磨性好，莫氏硬度可達(dá)到9 級，具有很高的強(qiáng)度和抗壓能力，在高強(qiáng)度磨損時具有出色的耐磨性，在遭受摩擦和磨損時能表現(xiàn)出良好的抗損傷能力。

NM400 重量輕，具有良好的切削及剪切性能，且焊接機(jī)能好，可采用焊接、螺栓連接等方式與基板固定，施工安裝利便。在需要的部位也可以直接使用NM400作為基板。

1.7 高分子聚乙烯板

高分子聚乙烯板具有耐磨性好、耐沖擊、韌性高、摩擦因數(shù)低、不易粘附、密度較小、降噪聲、使用壽命長等性能。阻燃型高分子聚乙烯板點燃難度高、防火性能好。高分子聚乙烯板莫氏硬度為2.5～3.5 級，雖然其莫氏硬度不高，但具有較高的耐磨損性能，因此在允許的應(yīng)力下能夠保持相對的剛性和強(qiáng)度。由于其摩擦因數(shù)低，相對于普通鋼板對物料的流動有增滑效果。需要注意的是，突出某種性能的高分子聚乙烯板在其他方面的性能會有所降低，在選擇時應(yīng)充分考慮其綜合性能。

聚乙烯板與基板采用螺栓固定，安裝時用電鉆將高分子板、鋼板一并打通、再在高分子聚乙烯板上擴(kuò)沉孔（預(yù)留扳手空間）；穿入螺栓、橡膠墊、簧墊、螺母，旋緊為止；然后將螺栓與鋼板焊接，螺栓長度根據(jù)現(xiàn)場需要確定，焊縫不得漏水。聚乙烯板與基板的固定方式如圖3 所示。

圖3 聚乙烯板與基板的固定方式

2 材料性能對比及選用

2.1 選用原則

耐磨襯板材料種類繁多，每種耐磨襯板都有其各自的優(yōu)勢和局限性。選煤工程設(shè)計中，需根據(jù)實際工程情況合理選用耐磨襯板，充分發(fā)揮所選耐磨材料的優(yōu)勢，以提高非標(biāo)件的使用壽命。選煤工程設(shè)計中，耐磨襯板材料的選用原則由工藝流程、設(shè)備種類、使用頻率和制造及生產(chǎn)成本等多方面共同決定。

2.1.1 工藝流程

工程設(shè)計中，各選煤廠的設(shè)計會根據(jù)地理位置及煤質(zhì)種類的不同，設(shè)計不同的工藝流程，而不同的工藝流程會導(dǎo)致非標(biāo)件的磨損程度及磨損規(guī)律的不同。因此，選擇耐磨襯板材料首先要根據(jù)總的工藝流程來確定。

2.1.2 設(shè)備種類

選煤工程設(shè)計中，設(shè)備的選用不同，對相應(yīng)非標(biāo)件的耐磨性要求不同，如破碎機(jī)需要破碎大塊礦石，破碎機(jī)機(jī)下漏斗的耐磨襯板需要承受強(qiáng)烈的沖擊力和相對很高的接觸應(yīng)力，需要外硬內(nèi)韌的耐磨材料；壓濾機(jī)、浮選機(jī)的機(jī)下溜槽需要輸送細(xì)煤泥，耐磨板襯板需要在耐磨的同時具有增滑效果。因此，在耐磨襯板的選擇時，要充分考慮設(shè)備的選用。

2.1.3 使用頻率

由于選煤廠的廠型不同，在設(shè)計過程中非標(biāo)件的使用頻率也不相同。使用頻率低的非標(biāo)件磨損較慢，反之，使用頻繁的非標(biāo)件磨損較快。在設(shè)計過程中，需要根據(jù)不同的使用頻率選用適宜的耐磨襯板材料。

2.1.4 制造及生產(chǎn)成本

耐磨襯板材料的選擇，應(yīng)在滿足安全可靠性的前提下，盡量選用易于獲取、價格低廉、易于加工的耐磨材料。這樣既可以降低制造及生產(chǎn)成本，也能保證非標(biāo)件的使用壽命，同時提高產(chǎn)品的性價比。

2.2 性能對比

每種耐磨材料都有各種獨特的性能，對各種耐磨襯板材料的耐磨性、硬度、強(qiáng)度、與煤料的摩擦因數(shù)等性能指標(biāo)進(jìn)行對比，其主要性能指標(biāo)如表1 所示。

表1 襯板主要性能指標(biāo)

表1 中的摩擦因數(shù)為襯板材料與較為常見煤料之間的摩擦因數(shù)，金屬的斷裂韌性隨溫度及應(yīng)變速率變化明顯，僅供相對參考。

2.3 選用建議

磨襯板材料耐磨性、硬度、強(qiáng)度、與煤料的摩擦因數(shù)、使用價格等各項性能指標(biāo)各有側(cè)重，并不均衡，在工程設(shè)計中應(yīng)根據(jù)需要對襯板進(jìn)行綜合分析，選取主要優(yōu)勢指標(biāo)，揚長補(bǔ)短，靈活運用。

其中，錳鋼板價格便宜，安裝方便，是常用的耐磨襯板；NM 系列耐磨襯板具有很高的強(qiáng)度和抗壓能力，適用于溜槽容易受砸和受沖擊的部位；對于角度受限，需要增滑及增加耐磨的溜槽，可選用不銹鋼或高分子聚乙烯耐磨襯板；氧化鋁陶瓷和鑄石板耐沖擊性差、脆性大，強(qiáng)沖擊下容易碎裂脫落，常作為存儲介質(zhì)的箱體及桶體的襯板使用；在需要降低噪聲，同時增加耐磨的溜槽，可以選用耐磨橡膠作為襯板。

3 結(jié)束語

目前市場上的耐磨襯板種類繁多，但沒有完美適合所有場景的耐磨襯板產(chǎn)品，各種耐磨襯板的適用范圍也各不相同。因此，在耐磨襯板的選用時應(yīng)根據(jù)襯板本身的特性及應(yīng)用場景綜合考量，同時考慮業(yè)主意見，在滿足使用要求的前提下，綜合各襯板的成本及使用性能，合理選擇襯板材料。同時，設(shè)計人員還應(yīng)積極探索新的耐磨材料，盡可能降低安裝及運行成本，延長非標(biāo)件的使用壽命，使設(shè)計最優(yōu)化、效益最大化。